• فارسی
  • 021-41572

    تلفن مشاوره و سفارش

    کاربرد سیستم ازن ـ UV در تصفیه فاضلاب

    بسیاری از ما نمودار رنگی کلاس علوم را که چرخه آب نامیده می‌شد، از سنین کودکی به یاد می‌آوریم. جریان چرخه‌ای تبخیر از اقیانوس آبی به سمت آسمان، بارش باران به داخل دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، رسیدن آن به حیوانات، گیاهان و خانه‌ها و بازگشت به داخل دریا. امروزه این تصویر، به این سادگی نیست. نمودار USGS (مرکز تحقیقات زمین‌شناسی ایالات متحده)‌ به‏ روزرسانی شده است، ولی پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های تصفیه آب و کارخانه‌های کاغذسازی، کجای این نمودار قرار دارند؟

    به طرز طعنه ‏آمیزی، یک مانع بزرگ برای تامین آب شُرب شهرها و صنایع درحال ‏توسعه، فاضلابی است که توسط سیستم فرآوری، تخلیه فاضلاب و کشاورزی زیرساخت‏های این جوامع، ایجاد می‌شود. برای مثال شهرداری‌ها حداقل بخشی از آب خود را از منابع آب‌ سطحی (مثل رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، آب‌انبارها و …) تامین می‌کنند. این منابع در معرض انواع آلاینده‌ها از هوا، آب و خاک اطرافشان قرار دارند. برخی از این آلاینده‌ها ممکن است فلزات با غلظت ناسالم، انگل‌های مُضر یا باکتری‌هایی مانند اشرشیاکلی، کریپتوسپوریدیوم و لیستریا باشند.

    تصفیه موثر چنین فاضلابی برای محافظت طولانی‏ مدت از منابع آب و پذیرش نظام‌مند در راستای افزایش آگاهی و امنیت عمومی، لازم است. مردم در حال مصرف آب از منابعی هستند که دیگر به آن اندازه که قبلاً امید می‌رفت، ایمن نیستند. موضوع حائز اهمیت این است که اطمینان حاصل شود آن‏ها از فرآیندهای تصفیه درستی استفاده می‌کنند.

    ازن و UV

    اخیراً سازمان حفاظت از محیط زیست (EPA)، لیستی از بهترین فناوری‌های موجود جهت دستیابی به قانون اول تصفیه بهبود‌یافته و طولانی‎مدت آب‌های سطحی (LT1) و مقابله با آلاینده‌های آب را منتشر کرده است. دو مورد از روش‌های تصفیه بسیار مفید عبارت‏اند از تابش فرابنفش (UV) و ازن. هر دو روش به مدت طولانی برای غیرفعال‎سازی ارگانیسم‌های بیماری ‏زا که می‌توانند در سیستم‌های آب و فاضلاب رشد کنند، استفاده شده‌اند.

    لامپ بخار جیوه کم‏فشار، نور UV را با پیک‌های شدت مشخص در nm 254 و nm 185 نشر می‌کند. تابش با طول موج کوتاه، در شکستن پیوندهای مولکولی DNA میکروارگانیسم‌ها موثر است. همچنین تابش UV ، انرژی لازم را برای تجزیه ازن فراهم می‌کند که منجر به تشکیل دو رادیکال هیدروکسیل (OH) می‌شود. این اُکسنده، جزء کلیدی فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP) (مانند ترکیب ازن و UV) است.

    ازن با پتانسیل اکسایش eV 2.07 ، قوی‌ترین اُکسنده و ضدعفونی‏کننده تجاری موجود در دنیا است. بیش از ۱۰۰ سال است که ازن در فرآیندهای تصفیه آب استفاده می‌شود و یک مرحله کاربردی بسیار مهم برای تولید آب معدنی، فرآیند تصفیه آب استخر، صنایع غذایی، استفاده مجدد صنعتی و … است.

    ترکیب ازن و UV که تحت عنوان ازن‏زنی نورکافتی هم شناخته می‏شود، به دلیل پتانسیل اکسایش بسیار بالای رادیکال هیدروکسیل (eV 2.8)، به طور موثرتری آلوده‌کننده‌های آلی را نابود می‌کند. برای واکنش‌های ازن ـ UV در محلول آبی، به ازن انرژی داده می‌شود و در ترکیب با آب، یون OH تولید می‌کند که از هر اکسنده شیمیایی، قوی‌تر و دارای گزینش‌پذیری کمتری است. با تبدیل هر مولکول ازن به دو رادیکال هیدروکسیل، ازن به طور موثر با آلاینده‌های آلی‌ واکنش می‌دهد. این روش، اهداف اکسیداسیون را به حمله‏ کننده‌های چندگانه هدایت می‌کند و به طور چشمگیری چهره اکسیداسیون را تغییر داده است. با فعالیت هیدروکسیل‌های بسیار فعال و غیرگزینش‌پذیر بر روی بسیاری از اهداف، توانایی مولکول‌های ازن برای اثربخشی بیشتر، تقویت می‏شود. یکی از فواید فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (مانند ترکیب ازن ـ UV) این است که با افزایش میزان اکسیداسیون، حتی ارگانیسم‌های سرسختی که در برابر تخریب، مقاومت دارند، می‌توانند تا حدی اکسید شوند که به آسانی زیست‌تخریب‏ پذیر شوند. بر طبق اظهارات Paul Overbeck ، مدیر اجرایی انجمن بین‏ المللی ازن (IOA) ، مزایای سیستم ترکیبی ازن ـ UV برای تصفیه آب‌های آلوده، یک رویکرد عالی است که می‌تواند به قانون دوم تصفیه بهبود‌یافته و طولانی‎مدت آب‌های سطحی (LT2) دست یابد.

    ۳ پارامتر اصلی برای موفقیت یک سیستم ترکیبی ازن ـ UV ، میزان مصرف ازن، سطح تابش UV و pH هستند. برای دستیابی به میزان مصرف مناسب ازن، سرعت بالای حل ‏شدن ازن در آب، باید از طریق انتقال موثر گاز ازن به درون محلول آبی، حفظ شود. یک طراحی موثر برای سیستم ازن ـ UV ، یک راکتور تزریق تحت فشار اختلاط UV/O3 ، سیستم تولید میکروحباب، تجدید پایدار منطقه اختلاط گاز به مایع و تقویت حلالیت گاز برای استفاده بهتر از تابش UV می‌باشد. با افزایش pH ، ازن به آسانی به هیدروکسیل تبدیل می‌شود؛ بنابراین سرعت اکسیداسیون آلاینده‌های مشخصی مانند آفت‌کش‌ها و سیانید افزایش می‌یابد. تعادل بین سطح pH ، نورکافت UV و میزان ازن، باید در طراحی سیستم و کنترل بیشینه کارایی در نظر گرفته شود.

    همان‏طور که Paillard و همکاران (۱۹۹۸) در یک بررسی کاربردی اشاره کردند: “برای هر سرعت ازن‌دهی، قدرت متوسط تابشی وجود دارد که در آن، بازدهی اکسیداسیون به حداکثر درجه خود می‌رسد. در مقادیر پایین‌تر از این، مقداری ازن حل‏ شده باقی می‌ماند که بازدهی اکسیداسیون و سینتیک واکنش را محدود می‌کند. در مقادیر بالاتر، راندمان اکسیداسیون ثابت باقی می‌ماند ولی نسبت راندمان انرژی به مقدار سوبسترای تخریب ‏شده، کاهش می‌یابد. بنابراین قدرت تابش ایده‌آل، پایین‏ ترین میزانی است که در آن، ازن حل‏شده و ازن گازی، کاملاً مصرف شوند.”

    رنگ‏دانه‌های فاضلاب

    یکی از فاضلاب‌های مشکل‌ساز، توسط رنگ‌دانه‌های مورد استفاده در کارخانه‌های نساجی، عوامل آهارزنی و فرآیندهای شیمیایی تولید می‏شود. برخی از رنگ‌دانه‏ های موجود در این فاضلاب، آلرژی‏زا، سمّی و حتی جهش‌زا و سرطان‏زا هستند. بدتر اینکه اجزای رنگی با استفاده از روش‌های سنتی تصفیه بیولوژیکی و تجمع ـ انعقاد، به ندرت می‌توانند کاملاً حذف شوند.

    میزان رنگ توسط موسسه تولید رنگ‌دانه آمریکا (ADMI) اندازه‌گیری و آنالیز می‌شود. تصفیه به روش ازن ـ UV فقط در یک ساعت، قادر به کاهش رنگدانه فاضلاب تا ۹۵% (از ADMI 4000 تا ADMI 200) می‏باشد. همچنین سیستم ازن ـ UV توانایی بسیاری در تبدیل مواد آلی به معدنی و کاهش سمیت برخی رنگ دانه‌ها نشان می‏دهد. علاوه بر راندمان قابل توجه، تصفیه به روش ازن ـ UV در این زمینه (۸۰۰ مترمکعب فاضلاب در روز)، ۳۰% هزینه‌های تصفیه در ماه را کاهش می‌دهد. شرایط اسیدی، کاهش رنگ را توسط هر دوی UV و ازن، آسان می‌کند که حضور آنها در شرایط pH کم، غالب‌تر است.

    سورفکتانت‌ها

    سایر اجزای برخی از فاضلاب‌های صنعتی عبارت‏اند از سورفکتانت‌ها (ترکیبات فعال در سطح)؛ مانند مواد شوینده و امولسیون‌کننده‏ها. میزان تاثیر و ساختار شیمیایی منحصر به فرد این مواد (هر دو جزء آب‌گریز و آب‌دوست)، تصفیه آن‏ها را بسیار مشکل می‌کند و اغلب منجر به تخریب جزئی و حضور باقی‎مانده‌های زیاد در پساب می‌شود؛ بنابراین پتانسیل ایجاد نگرانی برای سلامت عمومی و اثرات زیست محیطی را دارد.

    کاربرد ازن و UV برای حذف سورفکتانت‌ها، بسیار موثرتر از روش‌های بیولوژیکی است. در pH پایین، حمله الکترون‏دوستی ازن، ترکیبات آلی را تجزیه می‌کند و رادیکال هیدروکسیل، واکنش‌های زنجیره‌ای را ایجاد می‌کند که منجر به تبدیل نهایی مواد آلی به معدنی می‌شود. همچنین سیستم ازن ـ UV به عنوان یک مرحله پیش‌‏تصفیه موثر در ترکیب با تصفیه بیولوژیکی است.

    فنول‌ها

    فنول‌ها ترکیبات معمول دیگری در فاضلاب هستند که به دلیل ساختار شیمیایی حلقه بنزن آن‏ها هم سمی و هم سخت‏ تجزیه‏ شونده می‏باشند. ترکیبات آروماتیک‌ هالوژن‌دار که مقاوم هستند و توسط فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی متداول به سختی حذف می‌شوند، مشکلات جدی آلایندگی را ایجاد می‏کنند.

    با روش تصفیه ازن ـ UV ، عنصرهای کلر و نیتروژن حلقه بنزن به طور نسبتاً سریع حذف می‏شوند که باعث تجزیه کامل فنول می‏شود.( Ku and Su1996) در مطالعه خود، حذف ۹۹ درصدی ۲،۴-دی‌کلرو فنول، ۲-کلرو فنول و ۲-نیترو فنول را توسط سیستم ازن ـ UV در حدود ۱۵ دقیقه نشان داد. در ازن‌دهی نورکافتی فنول‌ها، حذف کل کربن آلی توسط تابش UV قابل چشم‌پوشی است و ازن‌دهی می‌تواند میزان آن را تا ۳۰% کاهش دهد، اما ترکیب ازن و UV برای ۹۵% حذف، عمل می‌کند.

    ضدعفونی بهینه

    مطالعات بارها نشان داده است که سیستم ترکیبی ازن ـ UV برای گندزدایی و تجزیه ترکیبات آلی، موثرتر از هر روشی است که به صورت منفرد استفاده شده است. (Ikemizu 1998) نشان داد که با اضافه‏کردن UV، سرعت اکسیداسیون ازن از ۱۰ تا ۱۰۴ برابر افزایش می‌یابد. همچنین برای ترکیباتی که به واکنش با ازن مقاوم هستند (مانند اسیدها، الکل‌ها، اسیدهای آمینو و اسیدهای چرب)، واکنش‌های ازن ـ UV با سرعت ۱۰ تا ۱۰۳ برابر، سریع‌تر پیش می‏روند.

    ترکیب ازن ـ UV ، یک راه‌حل خلاقانه را برای بسیاری از مشکلات تصفیه آب و فاضلاب فراهم نموده است. هنگامی که فرآیند به طور صحیح مهندسی شده باشد، واکنش‌های سینرژیک (هم‏افزایی)، شرایط مطلوب اکسیداسیون و گندزدایی را ایجاد می‌کنند که حتی برخی از بادوام‌ترین و مشکل‌زاترین اجزای فاضلاب را از بین می‌برند. با کارکردن روی واکنش‌ها و سرعت‎بخشیدن به آن‏ها، تصفیه با روش ازن ـ UV به حداکثر راندمان خود می‌رسد و تقاضا برای روش‌های تصفیه سنتی شیمیایی و بیولوژیکی و محصولات جانبی حاصل از آن‏ها را کاهش می‌دهد.

    اشتراک گذاری در شبکه های اجتماعی :
    Share on Facebook
    Facebook
    Tweet about this on Twitter
    Twitter
    Share on LinkedIn
    Linkedin

    نظرات

    نظرات خودتان را در مورد این مطلب بیان کنید

    محصولات مرتبط
    مقالات مرتبط